淺析副車架彎管生產工藝優化

揭江弘，韋寶勝

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545000）

0　引言

目前汽車產品質量普遍提高，價格競爭已成為汽車企業產品競爭的主要手段之一，成本控制能力成為決定各企業產品競爭力的重要因素。因此，在不犧牲產品質量的前提下，降本增效成為各大汽車廠商及零部件制造企業提高企業競爭力的有效手段車降本增效的重要途徑之一，隨著汽車輕量化的不斷發展和推廣，對于管材的應用也越來越廣泛。彎管件與傳統的鑄鐵及沖壓板金件相比，在相同強度、韌性等需求前提下，金屬用量更少、加工工藝更簡單，成型性能及承受多方向壓力耐疲勞性能更好。在這樣的背景下，彎管件加工工藝的優劣與生產制造成本的高低的關系顯得越來越密切。本文就在副車架彎管實際生產過程中遇到的問題進行分析，并提出解決問題工藝優化方案，實現了該零件的提質、降本、增效。

1　副車架彎管產品簡介

副車架是轎車底盤前橋的一個重要零件，是發動機、變速箱的支撐構建，受力比較復雜。而本文研究的對象——副車架彎管是副車架上連接副車架與車身的重要部件（如圖1）。由于同時要與副車架上下片進行裝配焊接，同時副車架彎管上的鉆孔與軸套焊接后還要與車身上的孔緊密對接連接，對彎管件的彎管件的彎管精度、鉆孔位置和大小精度要求比較高。該副車架彎管原材料為φ50×3 mm厚的無縫管，材質為Q345B，屈服強度σs=345 MPa，抗拉強度σb=510～600 MPa，伸長率δ=21%，其產品圖如圖2 所示[1]。

圖1　副車架總成產品圖

圖2　副車架彎管產品圖

2　原生產工藝分析

2.1　原生產工藝簡介

生產工藝流程：切管→彎管→鉆孔→切除頭部→去除毛刺→裝箱。

原來該彎管件主要生產工藝有6道工序，一般市面采購到的原材料大多是6 m～7 m長的無縫管，彎管前需要把長管切割成需要的長度，然后使用CNC數控彎管機進行彎管。常見的彎管形式有繞彎、推彎、滾彎、壓彎四種，而彎管機繞彎根據其有無芯棒又可以分為有芯彎管和無芯彎管，該副車架彎管使用的是數控彎管機進行有芯繞彎（彎管原理圖如圖3）。彎管之后使用CNC加工中心鉆銑φ32的孔，并把鉆孔一端的尾料切除。最后為防止鉆銑的孔和切割端頭周邊毛刺影響后續裝配和焊接，最后需要員工手工進行去毛刺。

圖3　有芯彎管原理圖

2.2　原生產工藝方案存在的問題概述

（1）防皺板損耗很大，調整花費時間長。原來彎管容易起皺，需要防皺板，由于該無縫管表面粗超度遠不如常見的焊管，管件較厚需要壓緊力大，故防皺板損耗很大。當防皺板輕微磨損，就需要進行位置調整，花費很長的工作時間。防皺板材質為銅，切加工難度較高，成本很高。

（2）機加工刀具損耗大，加工精度差。一般的機加工鉆銑孔刀具下刀點都是平面，這樣刀片受力均勻平穩，刀具損耗小，零件震動也小，從而精度就好。而該零件因為要在圓管上面鉆通孔，鉆銑下刀面為曲面，刀具受力不均勻，經常出現刀片崩刃、燒壞刀竿的現象，而且零件震動很大，鉆出的孔尺寸不穩定，成橢圓的較多，影響后續裝配和焊接。

（3）切除端頭材料利用率低，生產效率低且安全風險高。根據生產節拍，一臺機加工加工出來的零件需要專門一個人進行切除端頭，切掉約25 mm長的頭料，浪費很大。且用圓盤鋸床切割，經常出現刀片崩裂，安全風險很高。

（4）人工去除毛刺生產效率低，經常有鐵屑飛出來，安全風險較高。

整套工序下來，該彎管生產成本很居高不下，提質增效降本工作迫在眉睫。

3　副車架彎管生產工藝優化方案及效果

3.1　彎管機導模力優化及彎管芯棒尺寸優化，取消防皺板

起皺是彎管過程中比較常見的缺陷模式，形成起皺的原因很多，包括管料本身的軟硬差異，彎管件的直徑、壁厚和彎曲半徑的相對關系，彎管模具的精度公差，以及彎管機參數的選擇等等。由于該副車架彎管直徑為φ50 mm，彎曲半徑達到了90°，壁厚3 mm，如果沒有防皺板，非常容易起皺。

優化方案：優化芯棒尺寸和芯棒位置。如圖4，優化芯棒尺寸d，保證D2-d＜1 mm，同時優化芯棒工作位置，使芯棒深入管內開始彎曲處的距離e=10～15 mm；如圖5，慢慢增加導模壓力F，直至起皺現象消失（在不放管件的時候，大量增大F，導模壓入會撞到彎輪，嚴禁不放管件啟動自動彎管）。

圖4　芯棒工作位置示意圖

圖5　導模工作位置示意圖

優化后效果：通過優化芯棒尺寸及位置，大量增加導模壓力，使得該彎管在不需要防皺板的情況也不出現起皺的現象，節省了防皺板的消耗，同時節省了調整的時間，大量降低了成本和提高了生產效率。

素質教育的基本要求就是要始終以學生為本，要把課堂主體從教師真正的變為學生，而小組合作學習的最大特點就是它可以充分地凸顯出學生在教學過程中的主體地位，更加注重培養學生的自主學習探索能力和相互協作能力。學生以小組的形式建立共同的學習目標，互相促進互相補充互相豐富，還可以激發學生對英語學習的熱情和積極性，在有限的教學時間里提升了英語學習效率。

3.2　機加工夾具結構優化，去除切除尾料工序

在副車架彎管采用數控加工中心鉆銑孔的工藝，機加夾具在設計的時候主要考慮了用以將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊，并且便于操作工快速進行裝取工件。按照常規的設計思路，夾住鉆孔兩端，同時用另一直端直段內孔定位，設計的機加夾具如圖6.經過批量生產后發現，該機加夾具存在的主要缺點是材料利用率低及振動大。主要由于鉆孔較大，該機加夾具要能夠夾緊工件，需在鉆孔一端擁有足夠的長度用以夾緊，鉆孔后再把延長的工藝長度切割掉，材料利用率低，切切割產生的損耗及安全風險很大。

圖6　機加工夾具（改進前）

優化方案：優化夾具結構，采用仿形支撐及壓塊，采用內管內脹式脹緊機構。優化后夾具結構如圖7。采用仿形的支撐定位塊及壓塊，加大了彎管與夾具支撐、壓塊的接觸面積，同樣的壓力下可以使工件更加穩定，從而不需要額外加長管件用以裝夾壓緊。另一端采用內部自定心撐開（脹緊）機構，工件軸心與脹緊立柱軸心同心度更好，工件定位精度更高，且工件夾緊更加牢固。

圖7　機加工夾具（改進后）

優化后效果：通過機加工夾具的改進優化，提高了材料利用率，提高了零件的加工精度和裝夾可靠性。用改進后的夾具，鉆孔后不需要再進行切割，去除了切割工序，節省了人力、鋸片的投入，大大降低了制造成本，經濟效益非常可觀，且大大降低了安全風險。

3.3　沖壓沖孔代替機加工鉆銑孔，去除去毛刺工序，降低刀片損耗

采用數控加工中心鉆銑孔的工藝批量生產一段時間后，發現機加工鉆銑用的刀片、刀桿損耗較大。由于鉆孔是在管面上進行，下刀時刀片受力不均勻，很容易崩刃。并且零件震動大，經常出現燒刀等問題損壞刀竿。刀片及刀竿屬精密易耗品，價格很高，造成加工成本居高不下。并且鉆孔后毛刺朝外，容易傷手，影響后續裝配及焊接，需要用菠蘿鉆打掉毛刺，勞動強度大，鐵屑飛濺，風險較高。

優化方案：從想法到實踐，經過不斷驗證，團隊成功采用沖壓工藝實現該副車架彎管上直徑32 mm的孔的制造。沖壓模具結構如圖8、9所示，在管件上沖孔的工藝本來就不容易，而要在直徑50 mm，壁厚3 mm的管件上沖壓出直徑32 mm的孔，對沖壓模具的結構、強度提出很高的要求。團隊巧妙的通過結構設計、沖頭、凸、凹模結構設計，模具選材等各個環節突破創新，使用簡單的80～100 t機械式壓力機，即可實現了批量穩定沖孔[2]。

圖8　彎管沖孔模具結構示意圖

圖9　彎管沖孔模具

優化后效果：沖壓沖孔生產節拍比機加工鉆孔稍快，但是沖頭壽命更高，節省了大量的刀片損耗成本。切沖孔后毛刺不高，毛刺都朝向管內，不影響后序裝配及焊接等，沖孔后無需進行打毛刺，降低了勞動強度，降低了安全風險。同時，沖出來的圓孔質量穩定，克服了機加工鉆銑空由于震動造成孔的偏心、橢圓等質量風險。

4　副車架彎管生產工藝優化過程中的經驗和創新

本文介紹的副車架彎管生產工藝優化過程，最大的經驗和創新價值體現在以下三點：

（1）工藝優化思路的開拓。文章介紹了通過機械參數調整、工裝夾具的調整優化，工藝方案的優化等優化方式，實現了零件制造過程的優化和提質增效降本，為零部件制造過程的工藝優化提供了較高的參考價值。

（2）管件類零件機加工夾具的結構創新。采用仿形支撐及壓塊，并且采用內管內脹式脹緊機構，優化了零件結構，提高了產品質量穩定性，為類似的管件裝夾夾具的設計有一定的參考價值。

（3）管件類零件沖孔工藝創新。采用該模具結構實現批量厚管的生產應用，提高了生產效率和質量穩定性，對類似管件打孔提供很好的參考，為如何使用簡陋設備、簡單工裝實現高效生產提供了很巧妙的思路。

5　結束語

優化后的生產工藝流程：切管→彎管→沖孔→裝箱。

由此可見，經過一系列的生產過程工藝優化，副車架彎管生產工序由原來的六道序變成了四道序，節省了人員，降低了防皺板、刀片、鋸片等大量損耗，同時提高了零件的制造精度及穩定性，降低了安全風險，從而大大降低了零件的制造成本。

在汽車零部件成本壓力越來越大的背景下，如何在不犧牲質量的前提下降低零部件的制造成本，實現提質、降本、增效，本文介紹的副車架彎管生產工藝優化過程在思路上及某些結構設計、工藝方案上的創新應用都具有較好的參考價值。

參考文獻：

[1]安繼儒，郭 強．金屬材料手冊[M]．北京：化學工業出版社，2013.

[2]王孝培．沖壓手冊[M]．3 版.北京：機械工業出版社，2012．